軌道車輛模塊ADAMS

1、2022-7-41軌道列車仿真系統(tǒng)案例牽引制動系統(tǒng)性能的問題牽引制動系統(tǒng)性能的問題 v機(jī)車車輛的牽引制動性能是關(guān)系到車輛運(yùn)行安全與否的一個機(jī)車車輛的牽引制動性能是關(guān)系到車輛運(yùn)行安全與否的一個重要因素。機(jī)車車輛的牽引制動系統(tǒng)的牽引制動性能除了要重要因素。機(jī)車車輛的牽引制動系統(tǒng)的牽引制動性能除了要考慮牽引電機(jī)、傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)之外，還要考慮輪軌接考慮牽引電機(jī)、傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)之外，還要考慮輪軌接觸的影響。通過觸的影響。通過MSC.ADAMS/RailMSC.ADAMS/Rail可以對機(jī)車車輛的牽引制動可以對機(jī)車車輛的牽引制動性能進(jìn)行精確的仿真。利用性能進(jìn)行精確的仿真。利用ADAMS/RailA

2、DAMS/Rail的模板建模方式可以的模板建模方式可以很方便的建立牽引制動系統(tǒng)的模板，然后建立牽引制動子系很方便的建立牽引制動系統(tǒng)的模板，然后建立牽引制動子系統(tǒng)，再與轉(zhuǎn)向架和車體等其它子系統(tǒng)組裝成整車模型。在統(tǒng)，再與轉(zhuǎn)向架和車體等其它子系統(tǒng)組裝成整車模型。在ADAMS/RailADAMS/Rail中可以定義輪軌之間非線性的摩擦特性，隨著蠕中可以定義輪軌之間非線性的摩擦特性，隨著蠕滑率的變化而變化的摩擦系數(shù)是進(jìn)行牽引或制動性能分析至滑率的變化而變化的摩擦系數(shù)是進(jìn)行牽引或制動性能分析至關(guān)重要的特性。同時，還可以定義隨著軌道長度方向變化的關(guān)重要的特性。同時，還可以定義隨著軌道長度方向變化的摩擦系數(shù)，

3、這樣可以分析鋼軌表面干燥摩擦系數(shù)，這樣可以分析鋼軌表面干燥/ /潮濕的影響。潮濕的影響。 實(shí)例實(shí)例1 vVoithVoith Turbo Turbo是德國鐵道車輛傳動系統(tǒng)的一級是德國鐵道車輛傳動系統(tǒng)的一級供應(yīng)商，主要開發(fā)、制造并組裝機(jī)械、液壓供應(yīng)商，主要開發(fā)、制造并組裝機(jī)械、液壓及電動系統(tǒng)。他們提供鐵道動車的驅(qū)動系統(tǒng)，及電動系統(tǒng)。他們提供鐵道動車的驅(qū)動系統(tǒng)，可使機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)更有效，使車輛運(yùn)營速度可使機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)更有效，使車輛運(yùn)營速度更高，更舒適，并節(jié)省能源，減少噪音。更高，更舒適，并節(jié)省能源，減少噪音。VoithVoith Turbo Turbo公司的分析部門需要研究驅(qū)動系公司的分析部門需要研

4、究驅(qū)動系統(tǒng)和動車系統(tǒng)之間在牽引或制動時的相互耦統(tǒng)和動車系統(tǒng)之間在牽引或制動時的相互耦合作用，如在牽引制動時的軸系的諧振問合作用，如在牽引制動時的軸系的諧振問題。題。vADAMS/RailADAMS/Rail、ADAMS/FlexADAMS/Flex、ADAMS/ExchangeADAMS/Exchange使得使得VoithVoith Turbo Turbo實(shí)現(xiàn)了在其產(chǎn)品開發(fā)流程內(nèi)虛擬產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了在其產(chǎn)品開發(fā)流程內(nèi)虛擬產(chǎn)品開發(fā)的技術(shù)。開發(fā)的技術(shù)。ADAMS/RailADAMS/Rail的模版建模方式使得的模版建模方式使得VoithVoith Turbo Turbo能夠?qū)⑵浣⒌尿?qū)動系統(tǒng)模型與其他能

5、夠?qū)⑵浣⒌尿?qū)動系統(tǒng)模型與其他的供應(yīng)商提供的車輛模型（包括轉(zhuǎn)向架和車身子系的供應(yīng)商提供的車輛模型（包括轉(zhuǎn)向架和車身子系統(tǒng)）聯(lián)合起來建立一個包含驅(qū)動系統(tǒng)的整車模型，統(tǒng)）聯(lián)合起來建立一個包含驅(qū)動系統(tǒng)的整車模型，非常容易測試配置不同驅(qū)動系統(tǒng)的車輛的動力學(xué)性非常容易測試配置不同驅(qū)動系統(tǒng)的車輛的動力學(xué)性能。其意義在于可以對驅(qū)動系統(tǒng)的諧振和穩(wěn)定性進(jìn)能。其意義在于可以對驅(qū)動系統(tǒng)的諧振和穩(wěn)定性進(jìn)行研究，并進(jìn)行優(yōu)化，以使驅(qū)動系統(tǒng)的懸掛裝置所行研究，并進(jìn)行優(yōu)化，以使驅(qū)動系統(tǒng)的懸掛裝置所受的沖擊加速度不超過許可的范圍。受的沖擊加速度不超過許可的范圍。v上圖所示為考慮傳動系統(tǒng)的整車模型在通過上圖所示為考慮傳動系統(tǒng)的整

6、車模型在通過濕滑軌面啟動時牽引電機(jī)的輸出扭矩隨著仿濕滑軌面啟動時牽引電機(jī)的輸出扭矩隨著仿真時間的變化過程，通過仿真發(fā)現(xiàn)了由于軌真時間的變化過程，通過仿真發(fā)現(xiàn)了由于軌面的濕滑而導(dǎo)致輸出扭矩的振動現(xiàn)象，這一面的濕滑而導(dǎo)致輸出扭矩的振動現(xiàn)象，這一現(xiàn)象是由于機(jī)車經(jīng)過濕滑軌面時產(chǎn)生了打滑現(xiàn)象是由于機(jī)車經(jīng)過濕滑軌面時產(chǎn)生了打滑現(xiàn)象，引起了傳動系統(tǒng)的扭振，所以電機(jī)的現(xiàn)象，引起了傳動系統(tǒng)的扭振，所以電機(jī)的輸出扭矩出現(xiàn)了上下的波動。輸出扭矩出現(xiàn)了上下的波動。電機(jī)的懸掛裝置的機(jī)車在與其它車輛或固定物發(fā)生碰撞v上面三個圖所示為考慮電機(jī)的懸掛裝置的機(jī)車在與上面三個圖所示為考慮電機(jī)的懸掛裝置的機(jī)車在與其它車輛或固定物發(fā)

7、生碰撞時電機(jī)的懸掛裝置的振其它車輛或固定物發(fā)生碰撞時電機(jī)的懸掛裝置的振動沖擊情況的虛擬試驗(yàn)過程，目的是研究由于碰撞動沖擊情況的虛擬試驗(yàn)過程，目的是研究由于碰撞沖擊引起的發(fā)動機(jī)懸掛裝置的最大加速度。在該模沖擊引起的發(fā)動機(jī)懸掛裝置的最大加速度。在該模型中牽引電機(jī)體懸，懸掛部件通過型中牽引電機(jī)體懸，懸掛部件通過ADAMS/FlexADAMS/Flex將有將有限元的模態(tài)分析結(jié)果讀入限元的模態(tài)分析結(jié)果讀入ADAMS/RailADAMS/Rail，從而可以考，從而可以考慮懸掛結(jié)構(gòu)柔性的影響，使仿真結(jié)果更接近實(shí)際情慮懸掛結(jié)構(gòu)柔性的影響，使仿真結(jié)果更接近實(shí)際情況。況。實(shí)例實(shí)例2 一臺電力機(jī)車可以看作是包含電力

8、系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)和一臺電力機(jī)車可以看作是包含電力系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的復(fù)雜系統(tǒng)。為開發(fā)一個新的車型，需要各方面?？刂葡到y(tǒng)的復(fù)雜系統(tǒng)。為開發(fā)一個新的車型，需要各方面專家團(tuán)隊共同合作。電能需要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，電力驅(qū)動系統(tǒng)需家團(tuán)隊共同合作。電能需要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，電力驅(qū)動系統(tǒng)需要滿足機(jī)械部分空間的要求，這一部分被稱作傳動系，包括：要滿足機(jī)械部分空間的要求，這一部分被稱作傳動系，包括：電機(jī)轉(zhuǎn)換器控制部分、異步電機(jī)、機(jī)械驅(qū)動系統(tǒng)（特指齒輪電機(jī)轉(zhuǎn)換器控制部分、異步電機(jī)、機(jī)械驅(qū)動系統(tǒng)（特指齒輪箱）、輪軌接觸等。龐巴迪運(yùn)輸公司的蘇伊士分部負(fù)責(zé)開發(fā)箱）、輪軌接觸等。龐巴迪運(yùn)輸公司的蘇伊士分部負(fù)責(zé)開發(fā)制造機(jī)車轉(zhuǎn)向架

9、驅(qū)動系統(tǒng)，在實(shí)踐中逐步認(rèn)識到驅(qū)動系統(tǒng)是制造機(jī)車轉(zhuǎn)向架驅(qū)動系統(tǒng)，在實(shí)踐中逐步認(rèn)識到驅(qū)動系統(tǒng)是一個整體，單純改變其中某一個部分而不考慮其他部分是不一個整體，單純改變其中某一個部分而不考慮其他部分是不行的。正因?yàn)槿绱耍嫲偷线\(yùn)輸公司的蘇伊士分部采用了將行的。正因?yàn)槿绱?，龐巴迪運(yùn)輸公司的蘇伊士分部采用了將各個仿真軟件的功能結(jié)合起來的方式，結(jié)果是使用不同的工各個仿真軟件的功能結(jié)合起來的方式，結(jié)果是使用不同的工具聯(lián)合仿真來綜合考慮整個系統(tǒng)的影響。因此，選擇了具聯(lián)合仿真來綜合考慮整個系統(tǒng)的影響。因此，選擇了ADAMS/RailADAMS/Rail與與MATLAB/SimulinkMATLAB/Simulin

10、k的聯(lián)合仿真功能。的聯(lián)合仿真功能。v為了使分析過程標(biāo)準(zhǔn)化，在為了使分析過程標(biāo)準(zhǔn)化，在ADAMS/RailADAMS/Rail的建的建模模板中建立了一系列的轉(zhuǎn)向架及驅(qū)動系統(tǒng)模模板中建立了一系列的轉(zhuǎn)向架及驅(qū)動系統(tǒng)的模板，這樣可以方便的組裝成各種不同的的模板，這樣可以方便的組裝成各種不同的結(jié)構(gòu)型式，其中包括：構(gòu)架、軸箱、發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)型式，其中包括：構(gòu)架、軸箱、發(fā)動機(jī)以及傳動系，分別按照剛性或柔性來考慮。以及傳動系，分別按照剛性或柔性來考慮。利用利用MATLAB/SimulinkMATLAB/Simulink建立控制系統(tǒng)的模型。建立控制系統(tǒng)的模型。通過這種方式，可以考慮轉(zhuǎn)向架及傳動系統(tǒng)通過這種方式，可以

11、考慮轉(zhuǎn)向架及傳動系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間的相互耦合作用，在滿足牽與控制系統(tǒng)之間的相互耦合作用，在滿足牽引性能前提下修改懸掛參數(shù)以優(yōu)化整個系統(tǒng)引性能前提下修改懸掛參數(shù)以優(yōu)化整個系統(tǒng)的性能。采用這種方式，能夠在很短的時間的性能。采用這種方式，能夠在很短的時間內(nèi)就完成多個工程項目的分析，滿足客戶的內(nèi)就完成多個工程項目的分析，滿足客戶的要求要求。 v上圖所示為轉(zhuǎn)向架的某階振動模態(tài)，其中包含考慮上圖所示為轉(zhuǎn)向架的某階振動模態(tài)，其中包含考慮柔性的構(gòu)架、電機(jī)、傳動系等。柔性的構(gòu)架、電機(jī)、傳動系等。實(shí)例實(shí)例3 vTrenitalia是意大利鐵路運(yùn)營商，UTMR (車輛技術(shù)部門)是Trenitalia組織的下屬部門，

12、要求在現(xiàn)有鐵路車輛上安裝一種防滑設(shè)備以便試驗(yàn)，對這種防滑設(shè)備在各種典型的制動工況下的性能比較感興趣（類似于汽車上的ABS），并且進(jìn)行了很多試驗(yàn)得到了大量相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 vUTMR與佛羅倫薩大學(xué)合作，利用ADAMS/Rail建立了包括這種防滑設(shè)備的轉(zhuǎn)向架的細(xì)化模型，該模型利用了ADAMS/Controls與MATLAB/simulink聯(lián)合仿真的功能，并采用了非線性的粘/滑特性曲線以精確模擬輪軌之間在制動時的接觸情況。結(jié)果表明：仿真的數(shù)據(jù)是精確的，并且再現(xiàn)了實(shí)際試驗(yàn)中所表現(xiàn)的情況，即在制動過程中，由于施加了制動力矩，車輪會出現(xiàn)滑動現(xiàn)象，車輪的切線速度小于所需要的速度（蘭色線）。當(dāng)車輪的線速度低

13、于預(yù)先定義的臨界速度時，防滑設(shè)備開始工作，降低制動力矩，結(jié)果使車輪的線速度加大，再增加制動力矩以降低車速。利用此模型可以優(yōu)化防滑設(shè)備中有關(guān)的參數(shù)設(shè)置。 制動盤防滑控制策略(MATLAB/Simulink控制系統(tǒng)框圖)v仿真過程中開始制動時車列以及前后四個輪對上的速度隨時間變化曲線。走行穩(wěn)定性能和曲線、道岔通過性能的問題走行穩(wěn)定性能和曲線、道岔通過性能的問題 v隨著列車運(yùn)行速度的不斷加快，對機(jī)車車輛的走行穩(wěn)定性和隨著列車運(yùn)行速度的不斷加快，對機(jī)車車輛的走行穩(wěn)定性和曲線、道岔通過性能的要求也越來越高。機(jī)車車輛在鐵道線曲線、道岔通過性能的要求也越來越高。機(jī)車車輛在鐵道線路上運(yùn)行，機(jī)車車輛是由若干零部

14、件所組成的復(fù)雜的動力學(xué)路上運(yùn)行，機(jī)車車輛是由若干零部件所組成的復(fù)雜的動力學(xué)系統(tǒng)，具有慣性、彈性、阻尼等許多動力學(xué)特性，而鐵道線系統(tǒng)，具有慣性、彈性、阻尼等許多動力學(xué)特性，而鐵道線路上也存在各種不平順的因素，如垂向不平順、橫向不平順、路上也存在各種不平順的因素，如垂向不平順、橫向不平順、軌距不平順等等。因此需要分析機(jī)車車輛各種不同的懸掛參軌距不平順等等。因此需要分析機(jī)車車輛各種不同的懸掛參數(shù)以及車輪不同踏面形狀對走行穩(wěn)定性能的影響。通過數(shù)以及車輪不同踏面形狀對走行穩(wěn)定性能的影響。通過ADAMS/RailADAMS/Rail可以對車輛的走行穩(wěn)定性能和曲線通過性能進(jìn)行可以對車輛的走行穩(wěn)定性能和曲線通

15、過性能進(jìn)行分析。分析。ADAMS/RailADAMS/Rail中提供進(jìn)行車輛穩(wěn)定性分析的專用工具，中提供進(jìn)行車輛穩(wěn)定性分析的專用工具，你可以直接指定車輪踏面的等效錐度，即可以得到相應(yīng)的臨你可以直接指定車輪踏面的等效錐度，即可以得到相應(yīng)的臨界速度，如果你給定車輪踏面等效錐度的變化范圍，界速度，如果你給定車輪踏面等效錐度的變化范圍，ADAMS/RailADAMS/Rail還可以給出車輛的臨界速度與車輪踏面等效錐度還可以給出車輛的臨界速度與車輪踏面等效錐度的關(guān)系曲線，使用起來非常方便。同時利用的關(guān)系曲線，使用起來非常方便。同時利用ADAMS/RailADAMS/Rail中提中提供的動力學(xué)分析工具可以

16、定義各種不同的曲線、道岔線路以供的動力學(xué)分析工具可以定義各種不同的曲線、道岔線路以及輪軌接觸特性，分析車輛的曲線、道岔通過性能。及輪軌接觸特性，分析車輛的曲線、道岔通過性能。v車輛的臨界速度與車輪踏面等效錐度的關(guān)系曲線的例子 實(shí)例實(shí)例1 vSKODA HOLDING a.sSKODA HOLDING a.s. .是一家由是一家由SKODA PLZENSKODA PLZEN相關(guān)的產(chǎn)品生產(chǎn)相關(guān)的產(chǎn)品生產(chǎn)派生出來的新公司。派生出來的新公司。SKODA HOLDINGSKODA HOLDING主要的股東目前是主要的股東目前是SKODA SKODA a.sa.s., ., 它管理著它管理著SKODASK

17、ODA部分資產(chǎn)，公司凈資產(chǎn)大約為部分資產(chǎn)，公司凈資產(chǎn)大約為3535億億CZKCZK， SKODA HOLDING a.sSKODA HOLDING a.s. .及其子公司擁有及其子公司擁有73007300名雇員。名雇員。SkodaSkoda機(jī)車需要對不同的機(jī)車轉(zhuǎn)向架的設(shè)計型式進(jìn)行評估。機(jī)車需要對不同的機(jī)車轉(zhuǎn)向架的設(shè)計型式進(jìn)行評估。特別是，他們需要評估以不同的方式懸置電機(jī)及齒輪傳動箱特別是，他們需要評估以不同的方式懸置電機(jī)及齒輪傳動箱對機(jī)車穩(wěn)定性能及舒適性能的影響。對機(jī)車穩(wěn)定性能及舒適性能的影響。SKODA HOLDING a.sSKODA HOLDING a.s. .分分析了兩種不同的牽引電機(jī)

18、體懸掛方式的影響，一種是牽引電析了兩種不同的牽引電機(jī)體懸掛方式的影響，一種是牽引電機(jī)及傳動系統(tǒng)全部采用體懸的方式，另一種是牽引電機(jī)體懸，機(jī)及傳動系統(tǒng)全部采用體懸的方式，另一種是牽引電機(jī)體懸，而齒輪箱一邊懸置在車體上，另一邊懸置在構(gòu)架上。而齒輪箱一邊懸置在車體上，另一邊懸置在構(gòu)架上。使用使用ADAMS/RailADAMS/Rail建立了不同驅(qū)動系統(tǒng)不同懸掛方式轉(zhuǎn)向架的建立了不同驅(qū)動系統(tǒng)不同懸掛方式轉(zhuǎn)向架的細(xì)化模型并進(jìn)行了各種工況下機(jī)車的穩(wěn)定性和舒適性的分析細(xì)化模型并進(jìn)行了各種工況下機(jī)車的穩(wěn)定性和舒適性的分析計算，結(jié)果用于選擇最為經(jīng)濟(jì)有效的方案計算，結(jié)果用于選擇最為經(jīng)濟(jì)有效的方案。 vSkoda的

19、轉(zhuǎn)向架總裝圖 v車身上垂向加速度在不同的懸掛方式下隨時間的變化曲線。實(shí)例實(shí)例2 vTalgo車輛和設(shè)備公司經(jīng)過多年國際化的擴(kuò)張已經(jīng)發(fā)展成為一個大的跨國公司，公司目前主要致力于開發(fā)滿足不同國家鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的Talgo產(chǎn)品和維修服務(wù)方面的技術(shù)革新，現(xiàn)在主要使用自己原有的技術(shù)進(jìn)行車輛和鐵道設(shè)備的設(shè)計、制造和維護(hù)上，并且為滿足ISO 9000標(biāo)準(zhǔn)而努力。目前Talgo集團(tuán)公司分布在西班牙、德國、美國和芬蘭，并在其它國家和地區(qū)建有廣泛的代表處和機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。 v在Talgo公司，MSC.ADAMS/Rail作為VPD技術(shù)工具貫穿在所有的產(chǎn)品開發(fā)的各個設(shè)計階段。Talgo公司更為關(guān)心其產(chǎn)品的動力學(xué)性能，其制造

20、的產(chǎn)品是一種自適應(yīng)的擺式車身的高速車輛，其中包含復(fù)雜的轉(zhuǎn)向架的設(shè)計（包括獨(dú)立輪對技術(shù)、轉(zhuǎn)向架上部的空氣彈簧懸掛等）。利用MSC.ADAMS/Rail，Talgo公司完成了四節(jié)車廂編組的完整車列模型的仿真，通過ADAMS的各種分析功能對整車的模態(tài)、振型、穩(wěn)定性、舒適性、脫軌安全性以及輪軌力的大小進(jìn)行了分析。v在Talgo， 使用VPD技術(shù)的意義可以用客戶的話來說明，“仿真減少了設(shè)計的費(fèi)用，是表明我們技術(shù)實(shí)力的核心工具，并能有效的保證我們產(chǎn)品的競爭力。使用這一工具，可以很方便的處理設(shè)計中的問題，如舒適性及脫軌安全性等。另外，仿真可以讓工程師和試驗(yàn)人員完成一些根本無法做的試驗(yàn)，或者可以更為更為經(jīng)濟(jì)有

21、效的虛擬試驗(yàn)方式（這種方式無需更多的測試通道，相比傳統(tǒng)的試驗(yàn)方式來說更方便也更經(jīng)濟(jì)） vTalgo公司的轉(zhuǎn)向架及擺式車身的實(shí)物照片 vADAMS/Rail中Talgo的車進(jìn)行曲線通過分析的動畫，右側(cè)曲線圖為車身等通過曲線時擺動的角度隨時間變化的曲線。vTalgo機(jī)車在通過不平順的曲線軌道上時輪軌接觸力的變化情況 實(shí)例3 vALSTOM是歐洲一家鐵道行業(yè)的公司，年銷售額超過220億歐元，在全球70個國家設(shè)有分支機(jī)構(gòu)和辦事處，雇員超過120,000。在鐵路行業(yè)產(chǎn)品供應(yīng)商中，ALSTOM公司是僅次于龐巴迪的鐵路車輛制造商，提供鐵道全線產(chǎn)品及服務(wù)，從集成的運(yùn)輸系統(tǒng)、各種類型的車輛到信號控制系統(tǒng)，以滿足

22、客戶的需求。 v在意大利都靈市城市軌道車交通系統(tǒng)的設(shè)計在意大利都靈市城市軌道車交通系統(tǒng)的設(shè)計階段，考慮到車輛乘坐的舒適性，車輛采用階段，考慮到車輛乘坐的舒適性，車輛采用了較低的地板設(shè)計及獨(dú)立輪對的自適應(yīng)轉(zhuǎn)向了較低的地板設(shè)計及獨(dú)立輪對的自適應(yīng)轉(zhuǎn)向架技術(shù)，架技術(shù)，Alstom FerroviariaAlstom Ferroviaria決定采用決定采用VPDVPD技技術(shù)進(jìn)行整車系統(tǒng)的動力學(xué)性能分析，以優(yōu)化術(shù)進(jìn)行整車系統(tǒng)的動力學(xué)性能分析，以優(yōu)化曲線通過性能、脫軌和傾覆安全性能。此分曲線通過性能、脫軌和傾覆安全性能。此分析的一個主要目標(biāo)是要得到的精確的車輪的析的一個主要目標(biāo)是要得到的精確的車輪的踏面外形

23、，使得整車性能同時滿足安全性和踏面外形，使得整車性能同時滿足安全性和舒適性的要求。舒適性的要求。v 分析車輛的動力學(xué)性能，考慮不同的車輪踏面分析車輛的動力學(xué)性能，考慮不同的車輪踏面形狀，優(yōu)化輪軌接觸關(guān)系，目的是要減少輪軌的磨形狀，優(yōu)化輪軌接觸關(guān)系，目的是要減少輪軌的磨耗，降低該運(yùn)輸系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用，同時還要保證很耗，降低該運(yùn)輸系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用，同時還要保證很高的安全性。由于有較低的地板和較高的重心位置，高的安全性。由于有較低的地板和較高的重心位置，脫軌和傾覆問題成了考慮的重點(diǎn)。經(jīng)過脫軌和傾覆問題成了考慮的重點(diǎn)。經(jīng)過ADAMS/RailADAMS/Rail軟件的初步分析，發(fā)現(xiàn)輪軌的踏面形狀應(yīng)該加以考

24、軟件的初步分析，發(fā)現(xiàn)輪軌的踏面形狀應(yīng)該加以考慮。事實(shí)上，經(jīng)過分析表明：采用優(yōu)化的沒有過急慮。事實(shí)上，經(jīng)過分析表明：采用優(yōu)化的沒有過急輪緣的踏面外形可以將這種影響降至最低。輪緣的踏面外形可以將這種影響降至最低。ALSTOMALSTOM的車輛現(xiàn)在解決了脫軌、傾覆等安全方面的問題后，的車輛現(xiàn)在解決了脫軌、傾覆等安全方面的問題后，曲線通過性能突出出來了，還要考慮轉(zhuǎn)向時輪對的曲線通過性能突出出來了，還要考慮轉(zhuǎn)向時輪對的磨耗問題。下一步需要考慮的同樣重要，就是要優(yōu)磨耗問題。下一步需要考慮的同樣重要，就是要優(yōu)化車輛的配置，需要考慮運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)的特性（如線路化車輛的配置，需要考慮運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)的特性（如線路等級、不平順

25、、曲線特性等），需要對車輛的重量、等級、不平順、曲線特性等），需要對車輛的重量、彈簧彈簧/ /阻尼等懸掛設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)以滿足整個產(chǎn)品壽阻尼等懸掛設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)以滿足整個產(chǎn)品壽命周期成本的要求命周期成本的要求。 vAlstomAlstom公司為意大利都靈市設(shè)計的城市軌道公司為意大利都靈市設(shè)計的城市軌道交通系統(tǒng)用車輛的外形交通系統(tǒng)用車輛的外形 v車輛曲線通過時車身所受到的側(cè)向力及車輛曲線通過時車身所受到的側(cè)向力及傾覆力矩的示意圖傾覆力矩的示意圖 v使用使用ADAMS/RailADAMS/Rail對對AlstomAlstom公司的車輛曲線通過的情公司的車輛曲線通過的情況況 實(shí)例4 vGE公司是鐵道行業(yè)北

26、美最大的制造商。目前，幾千臺GE的機(jī)車在超過75個國家的鐵路上服務(wù)。其產(chǎn)品線包括：柴油機(jī)車，交流/直流傳動或交流/交流傳動的電力機(jī)車。 vGEGE運(yùn)輸部門采用最新的技術(shù)和工具，用于機(jī)車的開運(yùn)輸部門采用最新的技術(shù)和工具，用于機(jī)車的開發(fā)和設(shè)計，以滿足客戶對質(zhì)量各種苛刻的需求。主發(fā)和設(shè)計，以滿足客戶對質(zhì)量各種苛刻的需求。主要應(yīng)用的方面有：新車的設(shè)計及可行性分析；徑向要應(yīng)用的方面有：新車的設(shè)計及可行性分析；徑向轉(zhuǎn)向架機(jī)車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和零部件的分析。性能優(yōu)化包轉(zhuǎn)向架機(jī)車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和零部件的分析。性能優(yōu)化包括：穩(wěn)定性和曲線通過性能；走行性能分析及改進(jìn)；括：穩(wěn)定性和曲線通過性能；走行性能分析及改進(jìn)；振動噪音分析；

27、牽引制動動力學(xué)及粘著性能分析；振動噪音分析；牽引制動動力學(xué)及粘著性能分析；部件設(shè)計的運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)分析；機(jī)車設(shè)計更改后部件設(shè)計的運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)分析；機(jī)車設(shè)計更改后性能預(yù)測；可靠性及安全性分析仿真。性能預(yù)測；可靠性及安全性分析仿真。v在在GEGE運(yùn)輸部門，需要研究采用不同的輪間距情況下運(yùn)輸部門，需要研究采用不同的輪間距情況下機(jī)車的性能。這一需求來源于機(jī)車的性能。這一需求來源于GEGE公司的機(jī)車要在不公司的機(jī)車要在不同的國家的鐵軌上運(yùn)行，而各個國家的鐵道標(biāo)準(zhǔn)個同的國家的鐵軌上運(yùn)行，而各個國家的鐵道標(biāo)準(zhǔn)個不相同，其軌道的軌距是不同的，因此需要采用不不相同，其軌道的軌距是不同的，因此需要采用不同的輪距

28、以適應(yīng)這一要求。軌距影響機(jī)車運(yùn)行的穩(wěn)同的輪距以適應(yīng)這一要求。軌距影響機(jī)車運(yùn)行的穩(wěn)定性和曲線通過性能，因此使用定性和曲線通過性能，因此使用ADAMS/RailADAMS/Rail的仿真的仿真技術(shù)來校核軌距的改變?nèi)匀豢梢员ＷC機(jī)車可以達(dá)到技術(shù)來校核軌距的改變?nèi)匀豢梢员ＷC機(jī)車可以達(dá)到180km/h180km/h的運(yùn)營速度，不管是在直線上還是在曲線的運(yùn)營速度，不管是在直線上還是在曲線上，也不管是否有軌道不平順。通過上，也不管是否有軌道不平順。通過ADAMS/RailADAMS/Rail的的仿真可以在進(jìn)行實(shí)際的物理樣機(jī)試制及進(jìn)行各種物仿真可以在進(jìn)行實(shí)際的物理樣機(jī)試制及進(jìn)行各種物理試驗(yàn)之前進(jìn)行驗(yàn)證。理試驗(yàn)之

29、前進(jìn)行驗(yàn)證。v在在GEGE，ADAMS/RailADAMS/Rail是進(jìn)行機(jī)車動力學(xué)建模和分析的是進(jìn)行機(jī)車動力學(xué)建模和分析的工具。在過去的幾年內(nèi)所進(jìn)行的項目中，工具。在過去的幾年內(nèi)所進(jìn)行的項目中，ADAMS/RailADAMS/Rail的應(yīng)用使的應(yīng)用使GEGE的產(chǎn)品開發(fā)有以下幾個特點(diǎn)：的產(chǎn)品開發(fā)有以下幾個特點(diǎn)：快速性快速性-縮短設(shè)計周期；縮短設(shè)計周期；魯棒性魯棒性-更多設(shè)計工況；幫助從系統(tǒng)的角度理解更多設(shè)計工況；幫助從系統(tǒng)的角度理解機(jī)車的性能；機(jī)車的性能；創(chuàng)新性創(chuàng)新性-節(jié)省時間和費(fèi)用，增加客戶的滿意程度。節(jié)省時間和費(fèi)用，增加客戶的滿意程度。GEGE所生產(chǎn)的機(jī)車所生產(chǎn)的機(jī)車 vGEGE公司使用公

30、司使用ADAMS/RailADAMS/Rail對機(jī)車進(jìn)行的仿真對機(jī)車進(jìn)行的仿真 機(jī)械與電子控制工程學(xué)院機(jī)械與電子控制工程學(xué)院柳擁軍柳擁軍受流器受流器- -第三軌運(yùn)行動態(tài)仿真第三軌運(yùn)行動態(tài)仿真北京交通大學(xué)北京交通大學(xué)目錄受電靴材質(zhì)的影響4 4隨機(jī)振動對接觸振動的影響3 3背景及意義1 1思路方法2 2拉簧實(shí)際力矩變化規(guī)律5 5仿真視頻6 6研究背景研究背景v第三軌供電系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：第三軌供電系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：具有使用壽命長、運(yùn)營具有使用壽命長、運(yùn)營可靠、維修量少且容易、可靠、維修量少且容易、便于管理、電能損耗小便于管理、電能損耗小和美觀。和美觀。v作為與接觸軌配套的受流器，也將隨之發(fā)展，因作為與接觸軌配套的

31、受流器，也將隨之發(fā)展，因此有必要對受流器進(jìn)行系統(tǒng)研究，以保證車輛供此有必要對受流器進(jìn)行系統(tǒng)研究，以保證車輛供電和運(yùn)行的可靠性。電和運(yùn)行的可靠性。v受電靴與第三軌接觸振動影響著受流滑板和接觸受電靴與第三軌接觸振動影響著受流滑板和接觸軌的磨耗、地鐵車輛受流狀態(tài)，是涉及接觸網(wǎng)系軌的磨耗、地鐵車輛受流狀態(tài)，是涉及接觸網(wǎng)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵問題，直接影響電力機(jī)車統(tǒng)能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵問題，直接影響電力機(jī)車的動力供應(yīng)、機(jī)車運(yùn)行速度和效率、以及鐵路運(yùn)的動力供應(yīng)、機(jī)車運(yùn)行速度和效率、以及鐵路運(yùn)營成本，甚至危及行車安全。營成本，甚至危及行車安全。v軌道軌道不平順是引起車輛振動的主要原因，軌道軌道不平順是引起車輛振動的主要原因，而受流系統(tǒng)既受到來自轉(zhuǎn)向架的隨機(jī)振動激而受流系統(tǒng)既受到來自轉(zhuǎn)向架的隨機(jī)振動激勵，又受到到第三軌隨機(jī)不平順激勵，接頭勵，又受到到第三軌隨機(jī)不平順激勵，接頭處和安裝誤差引起的沖擊。為了數(shù)值模擬其處和安裝誤差引起的沖擊。為了數(shù)值模擬其振動的動態(tài)特性，要考慮受電靴類型、接觸振動的動態(tài)特性，要考慮受電靴類型、接觸剛度、和扭簧扭轉(zhuǎn)阻尼等參數(shù)的影響，建立剛度、和扭簧扭轉(zhuǎn)阻尼等參數(shù)的影響，建立受流系統(tǒng)的動力學(xué)方程。受流系統(tǒng)的動力學(xué)方程。仿真策略仿真策略位移協(xié)調(diào)-接觸剛度v利用接觸分形理論建立受流系統(tǒng)中接觸應(yīng)力利用接觸分形理論建立受流系統(tǒng)中接觸應(yīng)力和變形的計算模型和變形的計算模型。(2)